Day - 5

Birçok elementin atomları, çekirdeğinde farklı sayıda nötron bulundurabilir ancak aynı sayıda proton ve elektrona sahip olabilir. Bunlara “izotop” denir ve atomik kütleleriyle anılırlar. Örneğin, 2 fazladan nötrona sahip bir karbon izotopu olan karbon-14 vardır; ancak karbon-12 en yaygın izotoptur.

Bir elementin farklı izotoplar içerebilmesi, atomik kütlesinin tam sayı olmamasına yol açabilir. Örneğin, klorun atomik kütlesi 35,5’tir çünkü her 4 atomdan 3’ü 35 kütlesine sahipken, geri kalanlar çekirdekte 2 fazladan nötron bulunması nedeniyle 37 kütlesine sahiptir.

Farklı türde atomlar bileşikler oluşturmak üzere bir araya geldiklerinde, etkileşime giren ve bağ oluşturan parçacıklar elektronlardır. Bu bağlar, bileşiği oluşturan en küçük yapı taşları olan molekülleri meydana getirir. Her molekül, o maddenin tüm kimyasal özelliklerini gösteren en küçük parçadır.

Atomlar bir araya geldiğinde, bağ bu atomlar arasında paylaşılan elektronlar tarafından oluşturulur. Her atomun oluşturabileceği bağ sayısı ve türü, mevcut elektron sayısına ve atomik yapının diğer özelliklerine bağlıdır. Atom çekirdekleri, yani protonlar ve nötronlar, kimyasal bağlanmaya katılmazlar.

Bağlanmaya uygun elektron sayısının, atomdaki toplam elektron sayısı ile aynı olmadığı anlaşılmalıdır. Karbon iyi ve ilgili bir örnektir; atom numarası 6 olan karbonun 6 bağ yapabileceği düşünülebilir, ancak gerçekte sadece dış kabuktaki 4 elektron (valans kabuğu olarak bilinir) bağlanmaya uygundur.

Karbon, farklı sıcaklık ve basınç koşullarında oluşan çeşitli bileşikleri oluşturabildiği için en ilginç elementlerden biridir. Kömür, grafit ve elmas, neredeyse tamamen karbondan oluşan farklı maddelere örnektir.

Tüm yaşam biçimleri, karbonun uzun molekül zincirleri oluşturabilme özelliğine dayanır ve karbon temelli moleküllerin incelenmesi “organik kimya” olarak bilinir. Özellikle karbon, diğer karbon atomlarıyla ve hidrojen atomlarıyla çok güçlü bağlar kurar.

Bir molekül oluşturulduğunda, basit bir kimyasal formül farklı atomlar arasındaki oranı gösterir; buna moleküler formül denir.

Sıvılaştırılmış gaz endüstrisi açısından en önemli moleküller, karbon ve hidrojen atomlarının birleşmesiyle oluşanlardır. Bunlara “hidrokarbonlar” denir.

Her karbon atomu dört bağ oluşturabilir. Karbon ve hidrojenin en basit bileşiği, formülü CH₄ olan metandır. Bu, karbon atomunun dört “kancası”nın (elektronunun) her birinin bir hidrojen atomuna bağlı olduğu anlamına gelir. Metan molekülünde karbon ve hidrojen atomları arasındaki bağlar çok güçlüdür, bu nedenle bu bileşik oldukça kararlıdır. Bu kararlılık, molekülün çoğu basınç ve sıcaklık koşulunda aynı şekilde kalacağı anlamına gelir. Molekül, köşelere doğru yönelmiş bağlarıyla piramit şeklindedir.

Carbon can form long molecular chains with itself, and the next compound of carbon, which also occurs naturally, contains 2 carbon atoms and 6 hydrogen atoms. This gas, called ethane, is represented by the molecular formula C₂H₆.

Karbon kendiyle uzun moleküler zincirler oluşturabilir ve karbonun bir sonraki bileşiği, doğada da bulunan, 2 karbon ve 6 hidrojen atomu içerir. Etan adı verilen bu gaz, C₂H₆ moleküler formülüyle gösterilir.

Hidrokarbon serisindeki bir sonraki gaz olan propan, birbirine zincir şeklinde bağlanmış 3 karbon atomu içerir ve kalan bağlar hidrojen atomlarıyla tamamlanmıştır. Propan, C₃H₈ moleküler formülüyle gösterilir.

Serinin dördüncü üyesi olan C₄H₁₀ bütandır. Bütan, propan molekülüne bir karbon ve iki hidrojen eklenmesiyle oluşur.
İki farklı yapıda bulunabilir:

• n-bütan (normal bütan): Düz zincir yapılı.

• i-bütan (izobütan): Dallanmış zincir yapılı.

Bu iki yapı izomer olarak adlandırılır. Kimyasal özellikleri benzerdir, ancak fiziksel özellikleri —özellikle buharlaşma sıcaklıkları— farklıdır. Ticari bütan genellikle %65 n-bütan ve %35 i-bütan karışımıdır.

• C₁–C₄: Normal sıcaklık ve basınçta gaz hâlindedir.

• C₅–C₂₀: Sıvı hâlindedir.

• C₂₀ ve üzeri: Katı hâlindedir.

Örneğin pentan (C₅H₁₂) uçucu bir sıvıdır ve sıcak bölgelerde sıvılaştırılmış gaz taşıyıcılarında taşınabilir.

Karbon atomları:

• Tek bağ (C–C)

• Çift bağ (C=C)
  

• Üçlü bağ (C≡C) oluşturabilir.

Çift ve üçlü bağlar daha kısa, daha reaktif ve daha az kararlıdır.

• Hidroksil grubu (–OH): Oksijen ve hidrojenin birleşimiyle oluşur. Hidrokarbonlara bağlandığında alkolleri (ör. metanol, etanol) oluşturur.
• Sülfür bileşikleri: Örneğin etil merkaptan (CH₃CH₂SH) güçlü kokuludur ve gazlara koku vermek (ör. LPG’de) için kullanılır. Ancak sülfür, bakırla reaksiyona girdiği için LPG yüklerinde sülfür miktarı sınırlıdır.

Uluslararası Saf ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC), organik bileşiklerin yapısını açık ve net şekilde gösterecek sistematik bir isimlendirme yöntemi geliştirmiştir.

İsimlendirme, yapıda yer alan ana karbon zincirinin belirlenmesiyle başlar. Zincirdeki tek ve çift bağlar, yan zincirler ve fonksiyonel gruplar (örneğin –OH) tanımlanır.
Ana zincirdeki karbonlar, fonksiyonel gruba veya çoklu bağa en yakın olan karbondan başlayarak numaralandırılır. Bu numaralandırma, yalnızca asimetrik moleküller için önemlidir.

Karbon sayısı fazla olan moleküllerde, dallanmış yapılar “iso”, düz zincir yapılar ise “normal (n-)” olarak adlandırılır.
Sıvılaştırılmış gaz endüstrisinde bu fark, genellikle 4 veya daha fazla karbon atomu içeren moleküller (örneğin bütan ve izobütan) için önemlidir.

Bazı bileşiklerin resmî IUPAC isimleri uzun veya karışık olabilir. Bu nedenle endüstride yaygın isimler tercih edilir.
Örneğin, C₃H₆ için IUPAC adı propene iken, endüstride propylene daha sık kullanılır. Bu, propene’in propane (C₃H₈) ile karıştırılmaması için tercih edilir.

Aynı bileşik için farklı isimler kullanılabilir. Bu tür alternatif isimler “eş anlamlı” (synonym) olarak adlandırılır. Molekül ne kadar karmaşık olursa, eş anlamlı isim sayısı da o kadar fazla olur.

Yalnızca tekli bağ içeren moleküller doymuş (saturated),
bir veya daha fazla çift bağ içerenler doymamış (unsaturated) olarak adlandırılır.

• Doymuş hidrokarbonlar (“–ane” ile biter): genellikle yakıt olarak kullanılır.
• Doymamış hidrokarbonlar (“–ene” ile biter): petrokimya hammaddesi olarak kullanılır.

Karbon atomları arasında tekli, çiftli veya üçlü bağlar bulunabilir.
En basit örnekler:

• Etan (C₂H₆) → tek bağ
• Etilen (C₂H₄) → çift bağ
• Asetilen (C₂H₂) → üçlü bağ

Genel formüller:

• Doymuş hidrokarbonlar: CₙH₂ₙ₊₂ (örnek: metan, etan, propan, bütan)
• Doymamış hidrokarbonlar: CₙH₂ₙ (örnek: etilen, propilen, bütilen)

Hydrocarbons containing triple bonds are generally too reactive for transportation as liquids, but one common cargo that contains two double bonds is butadiene (C₄H₆)

Üçlü bağ içeren hidrokarbonlar (örneğin asetilen türevleri) yüksek reaktiviteye sahiptir. Bu nedenle genellikle sıvı halde taşınmazlar. Ancak iki çift bağ içeren bütadien (C₄H₆), sıvılaştırılabilir ve petrokimya endüstrisinde yaygın olarak taşınır.

• Bütilen (C₄H₈): Tek bir çift bağ içerir → doymamış hidrokarbon (alken)
• Bütadien (C₄H₆): İki çift bağ içerir → diyen (çift bağ içeren alken)

• n-Bütan (normal): Düz zincirli yapı
• İzobütan (2-metilpropan): Dallanmış yapı

IUPAC sisteminde izobütan, yapısına göre 2-metilpropan olarak adlandırılır.

• Tek bağ (σ bağı): Atomlar bu bağ etrafında serbestçe dönebilir.
• Çift bağ (π bağı): Dönmeyi engeller.

Bu özellik, molekülün iki tarafında farklı uzaysal düzenler oluşmasına neden olur.

• 1,2-bütadien: Çift bağlar bitişik
• 1,3-bütadien: Çift bağlar ayrık (arada bir tek bağ bulunur)

Bu fark, molekülün stabilitesini değiştirir.
1,3-bütadien daha kararlıdır ve sentetik kauçuk üretiminde kullanılır.

Butadien, bütan ve bütilenin tekrarlı işlenmesiyle üretilir.
Bazen bu madde, bütan, bütilen ve butadien karışımı hâlinde, yarı işlenmiş ürün olarak taşınır.

Ticari Karışımların İsimleri
Bu tür karışımlar genellikle şu ticari adlarla bilinir:

• Mixed C₄s
• Crude C₄
• C₄ Raffinate

Ancak bu isimlerle satılan yükler, bileşim açısından farklı oranlarda ana maddeler içerebilir.

Güvenlik ve IGC Kod Gereklilikleri
IGC Koduna göre, bu tür karışımlar yüklenmeden önce gemi kaptanına tam güvenlik bilgisi verilmelidir.
Karışımların içinde yer alan butadien, hem toksik hem de reaktif olduğu için en büyük risk faktörüdür.

Yük Elleçleme Tavsiyesi
Butadien içeriği hakkında şüphe varsa, karışım saf butadien gibi ele alınmalıdır.
Ancak bu tür durumlarda her zaman uzman görüşü alınması önerilir.

• Pentane ve pentene, 5 karbon atomu içeren bileşiklerdir.
• Serin ortamlarda sıvı, sıcak ortamlarda ise yüksek buhar basıncına sahiptirler.
• Bu nedenle gaz tankerlerinde taşınabilirler.
• Genellikle izomer karışımı hâlinde taşınırlar.

• Ticarette görülen diğer C₅ yükü izoprendir (2 veya 3-metil-1,3-bütadien).
• Butadien türevlerinden elde edilir.
• Sentetik kauçuk üretiminde kullanılır.

• Doymuş hidrokarbonlar kimyasal olarak daha az reaktiftir.
• Doymamış hidrokarbonlar ise yüksek reaktiviteye sahiptir.
• Bu nedenle, taşınma sırasında kendiliğinden tepkimeyi önlemek için inhibitör maddeler eklenebilir.